车海清

地质雷达在公路工程检测中的应用

车海清

通过地质雷达扫描这种技术应用到隧道检测中，具有高分辨率、无损、快速的特点。其次，应用到公路厚度检测中，可以准确的观察某一路段中的路面厚度。对于路面厚度不达标的地方，及时发现并给与处理措施。本文通过对地质雷达的原理、特点、应用实例等进行分析说明，进一步说明地质雷达在隧道、公路检测中的重要性。

一、地质雷达检测原理

地质雷达可以简称为GPR，其工作原理为：以宽频带短脉冲的方式，通过发射天线发送器发送电磁波。发射出的电磁波到达目的地之后再传回地面，由相应的雷达天线接收信号。接收到的信号再经过相应的图像处理及解释，从而达到对目标物体探测的目的。

对于地质而言，可以比作一个复杂的滤波器。进行地质雷达脉冲发送时，一般都要贴近地面。如果媒质中的任何一个电参数发生变化时，都会引起电磁波的后向散射。也就是说，电常数的不连续，很容易出现电磁波的反射。而电磁波对介质的检测也是通过电磁波在经过不同介质时，会出现不同程度的变化。然后，根据接受的电磁波形状、频谱特性、时延等特点对介质进行内部结构分析。

为了增强地质雷达检测的准确性，地质雷达必须具备相应的信噪比。其中，具体的要求有：第一、足够的深度分辨率。第二、足够的方位分辨率。在进行地质雷达检测中使用的数据记录有：一维、二维、三维数据集，而对于声学术语来说又叫做：A扫描、B扫描、C扫描。

如果对接受天线接收到的幅度信号进行灰度级进行描述时，可以生成一个二维的图像。其中，二维的图像主要是针对地下介质中的垂直切面进行描述。如果接受到的B扫描，在平面上以一定的速度在X和Y轴移动时，会出现一种三维数据集。这种方式称之为C扫描。

二、探地雷达的特点和优势

地质雷达技术的逐渐广泛应用，除了具备多种学科相结合的技术之外，还凭借自身的特点开拓了应用领域。其中，地质雷达技术在工程物探中应用最为广泛。

1.高分辨率：对于地质雷达来说，其分辨率可以精确到几厘米，以及工作的频率可以达到5000MHZ。再加上计算机的准确分析，可以让电磁波反射信号准确的描述目标介质的尺寸、几何特性等。

2.无损性：地质雷达是一种新型的探测技术，代替了传统的打钻检测方式。这种技术可以应用在城市路面以及施工之间检测上。

3.高效性：通过地质雷达监测，对目标介质通过电磁波的方式进行检测，方便简单、效率高、减少劳动强度。

4.抗干扰能力强：地质雷达监测可以应用到各种环境中，且通过相应的野外检测发现，在进行地下4缅层区域进行检测时，可以有效降低成本，且准确性高，不易受外界因素的干扰。

三、探地雷达在工程物探中的应用实例

1.探地雷达在公路检测中的应用实例

（1）工程概况

就某隧道工程为例，其隧道的全长为360米，隧道建设初期使用砌石石拱，由于之前隧道的进口处出现了一定的塌陷情况，所以对其进口处增加了50米钢筋混凝土明洞。之后，又因为砌石拱出现漏水情况，又在隧道上铺设了10CM的钢筋混凝土防水层。这段时间，由于降雨量较大，造成隧道石砌拱漏水严重以及隧道内部结构发生变化。

（2） 检测方案

在对此隧道进行检测时，根据隧道的使用年限，再加上实际情况制定以下检测方法：对隧道的顶部以及拱腰处进行三线扫描，由于这两位置钢筋分布密集以及墙体较厚，可以使用900MHZ的高分辨率地质雷达进行扫描；对于隧道两侧的墙体进行扫描时，可以使用两线扫描。由于隧道墙体的地下深度较深，需要使用较大的深度探测。其中，可以选用400MHZ天线。

（3） 检测结果

经过相应的检测发现：隧道进口处的50米之内主要以钢筋混凝土为主，其中厚度约在50CM之间，钢筋之间的距离均为30CM，钢筋混凝土存在一定的缝隙，但是并没有出现严重的缺陷；隧道的50～340米之间，石砌隧道顶部以及拱腰两侧的平均厚度在35CM之间，防水层的厚度在15CM之间，防水层处的平均钢筋间距为40～45CM之间，隧道顶部以及两侧拱腰部分出现严重的脱空情况；隧道两侧的墙体厚度约为50CM，两侧的防水层厚度为25M，墙背位置出现了积水情况；路面的平均厚度为75CM，且路面以下出现了积水的情况。

（4）治理建议

第一、由于隧道大面积出现脱空的情况，可以对隧道进行压浆处理。其中，为了保证施工的安全性，可以对隧道进行支架保护。此外，在注浆时，可以先注入小石子或者是沙子，然后再进行水泥浆注入，这样可以有效保证拱圈的受力均匀。第二、由于隧道路面的70CM以下出现积水的情况，应对该位置进行排水处理。其中进行排水处理时可能会破坏隧道的拱脚，所以应对拱脚位置进行加固处理之后再进行排水沟的修建，排水沟的铺设应该保证在地面1米以下位置。

2.地质雷达在公路厚度检测中的实例应用

（1）工程概况

就某一路面工程来说，这一路段是一级路白色路面，其中设计里程为K0+000-K29+925。这段公路的水泥混凝土厚度、水泥石灰稳定土厚度、基层水稳砂砾厚度分别为24CM、16CM、18CM。现在要改造成全封闭的双向四车道公路，其路基宽度为23CM，设计时速为100km/ h，公路表面采用15CM的沥青混凝土进行补强。

（2）检测项目

检测沥青砼路面的结构厚度和双向计58测线公里。

（3）野外检测情况

对该路段进行检测时，可以通过地质雷达对本次公路的双向路段进行检测。进行检测时，每隔一米的距离进行采点，然后检测的车速控制在20km/h，使用的空气耦合天线的中心频率为2.5GHZ。

（4）检测数据的处理与分析

在通过室内计算机的方式对检测数据分析的过程中，可以对路面的各个点的相对误差、厚度值、合适是否、偏差等进行计算说明。数据检测中可以按照两种方式进行计算：第一、以每个单位点进行计算。第二、按照公路的平均段进行计算。在计算中，可以按照每10米为一个基准点，然后对每公里的100个点进行公路质量评定。其中计算公式如下：

式中：xL是厚度的代表；x是厚度的平均值；S为标准差；n为检查数量；ta为t分布系数；

在进行检测结果计算时，应该根据每公里为单位，对测量坐标和厚度进行函数图表绘制。其中，在进行变化曲线绘制时，红色虚线代表设计值、黑色细线代表公路厚度值。然后根据相应的变化曲线制作相应的表格。表格中对满足设计误差的数值前标注“是”，对于超过设计范围的标注“否”；极值大于单点值合格时标注“是”，不合格时标注“否”。

（5）检测结论

通过计算分析提出检测结论如下:

a.检测全线长28.612km。这一总路段实测厚度代表值的平均值为16.43CM，而这一路段反向总体实际测量厚度代表值为16.24CM。

b.正向路段K26+271-K27+299实际测量的最大代表值为20.03CM，而K26+681-K13+802实际测量的最小代表值为12.16cm 。

c.反向路段K7+110-K6+110实际测量的最大代表值为21.71cm而K18+588-K17+542实际测量的最小代表值为12.26cm 。

d.经过分析发现，满足设计厚度14.2CM的路段占据整个总路段的89.03%，而低于该设计的厚度的路段占总路段的10.97%。

四、结语

通过先进技术的应用，可以有效提高工程的检测质量。本文通过对地质雷达原理、优势、应用实例进行说明的同时，进一步证明此技术在工程物探的重要性。

（作者单位：核工业二九0研究所）